Procédé de fabrication de Pacide fumarique
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de l'acide fumarique par conversion catalytique de l'acide maléique en acide fumarique.
L'acide fumarique est un produit commerciale- ment intéressant qui peut être obtenu par isomérisation de l'acide maléique à haute température ou en présence de certaines matières catalytiques. Même lorsqu'on part d'acide maléique aqueux relativement pur, les procédés connus peuvent donner un acide fumarique de mauvaise qualité, et peuvent présenter de faibles taux de conversion ou de mauvais rendements en acide fumarique. I1 existe donc un problème de l'obtention d'acide fumarique de haute qualité par un procédé économique et simple à partir de solutions aqueuses d'acide maléique.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on traite une solution aqueuse contenant de 10 à 70 0/o en poids d'acide maléique avec un composé donneur de brome soluble dans lequel la valence du brome est inférieure à plus 5 en quantité correspondant à au moins 0,001 o/o de brome (calculé comme
NH4Br) par rapport au poids de l'acide maléique, et avec un agent oxydant ayant une force oxydante d'au moins 1,23 volt et étant présent en quantité de 0,003 à 10,0 0/o en poids par rapport au poids de l'acide maléique.
Le traitement peut être effectué à une tempé- rature de 50 à 1000 C. Le mélange réactionnel peut ensuite être refroidi et l'acide fumarique cristallin ainsi formé peut être isolé. Le traitement peut être effectué en présence d'un composé bromé inorganique, dans lequel la valence du brome doit être inférieure à 5, ajouté en proportion correspondant à au plus 2,0 O/o de brome, par rapport à l'acide-maléique, par exemple en présence de 0,28 à 1,0 o/o de bromure d'ammonium. Le traitement peut également être effectué en présence de bromure de cadmium-ammonium ou en présence de brome.
Le traitement peut encore être effectué en présence d'un composé organique bromé en proportion correspondant au plus à 2,0 /o de brome, par exemple en présence de 0,28 à 2,0 O/o de brome sous forme de n-bromosuccinimide.
L'agent oxydant peut être un composé peroxydique, dont la force oxydante doit être d'au moins 1,23 volt tel que l'eau oxygénée, le persulfate d'ammonium, un peracide tel que l'acide peracétique, un hydroperoxyde tel que l'hydroperoxyde de cumène, en présence de peroxyde de benzoyle, ou encore de perborate de sodium.
L'acide maléique de départ peut provenir d'une solution aqueuse d'acide maléique brute, de couleur brun foncé, préalablement décolorée par traitement par un composé chloré oxygéné.
Dans les exemples ci-après, les parties et pourcentages sont donnés en poids, sauf indication contraire.
Exemple 1
On prépare un mélange réactionnel avec 20 ml d'acide maléique aqueux à 40 o/o (formé en dissolvant 40 g d'acide maléique dans 60 g d'eau préalablement bouillie pour chasser roxygène et les autres gaz dissous) mélangé avec 0,2 g de bromure de cadmium-ammonium, puis on chauffe à 95o C et on ajoute 0,2 g de persulfate d'ammonium. Le mélange réactionnel commence à bouillir et de l'acide fumarique blanc (couleur APHA de moins de 10 (-cf.
Standard methods of chemical analysais, par par Wil- ford W. Scott, 5e éd. page 2048) précipite en moins d'une minute. La conversion est pratiquement quantitative en 10 mn.
Exemple 2
On répète l'exemple 1, mais en remplaçant le bromure de cadmium-ammonium par du bromure d'ammonium (même quantité de bromure), et on obtient un précipité semblable en rendement semblable. Bien que plus lente, la réaction est terminée en moins de 40 mn.
Exemple 3
On répète l'exemple 1, sauf que l'on utilise 60 mg de bromure de cadmium-ammonium et 1 ml d'eau oxygénée aqueuse à 3 /o et on maintient le mélange réactionnel à 900 C. Le résultat obtenu est semblable en ce qui concerne le précipité et le rendement, cependant la réaction est plus lente.
Exemple 4
On répète l'exemple 3, sauf que l'on utilise 120 mg de bromure de cadmium-ammonium. Les résultats obtenus sont semblables et la réaction est un peu plus rapide que dans l'exemple 3.
Exemple 5
On répète l'exemple 3, sauf que l'on utilise 180 mg de bromure de cadmium-ammonium. Les résultats obtenus sont semblables et la réaction est un peu plus rapide que dans l'exemple 4.
Exemple 6
On répète l'exemple 3, sauf que l'on utilise 60 mg de bromure d'ammonium en tant qu'additif.
Les résultats obtenus sont semblables sauf que la réaction est beaucoup plus lente.
Exemple 7
On répète l'exemple 3, sauf que l'on utilise 120 mg de bromure d'ammonium en tant qu'additif.
Les résultats obtenus sont semblables mais la réaction est plus lente.
Exemple 8
On répète l'exemple 3, sauf que l'on utilise 180 mg de bromure d'ammonium comme additif. Les résultats obtenus sont semblables, mais la réaction est plus lente.
Exemple 9
On répète l'exemple 1, sauf que la température de réaction est de 690 C. Les résultats obtenus sont semblables bien que la réaction soit un peu plus lente.
Les exemples précédents donnent un acide fumarique blanc (couleur APHA non supérieure à 10 -cf. Standard methods of chemical analysis par
Wilford W. Scott, 5e éd. p. 2048). Grâce à la grande vitesse de la réaction d'isomérisation, le rendement est bon dans n'importe quelle grandeur d'appareillage, avec une formation minimum ou nulle de sousproduits. La coopération catalytique de la combinaison est en effet marquée, en comparaison avec les catalyseurs connus ou avec les composants de la combinaison utilisés séparément. En outre, ces matières sont économiquement avantageuses et répandues. La présence de quantités appréciables d'acides minéraux, en dehors de ceux pouvant être utilisés pour fournir le brome, est contre-indiquée si l'on veut éviter une diminution du rendement et la contamination du produit.
Ainsi, l'acide sulfurique et les substances soufrées analogues sont contre-indiqués pour ces raisons.
Des résultats semblables sont obtenus avec d'autres substances donneuses de brome dans lesquelles la valence du brome est inférieure à 5, et notamment le bromure de cadmium-ammonium, le bromure de sodium, l'acide bromhydrique, le bromure de manganèse, (valence du brome moins 1) le brome (valence 0) et les bromures organiques tels que la n-bromosuccinimide (valence de brome plus 1).
Ces résultats peuvent également être obtenus avec d'autres agents oxydants du type peroxydique, dont des acides (l'acide peracétique, l'acide perbenazoïque, etc.), des hydroperoxydes (l'hydroperoxyde de cumène, l'hydroperoxyde de butyle tertiaire, etc.) et le peroxyde de benzoyle, le peroxyde de lauroyle, le peroxyde de butyle tertiaire, etc.
Si les solutions d'acide maléique sont colorées, elles peuvent être décolorées par traitement par un composé oxygéné chloré avant l'isomérisation, par exemple le chlorate ou l'hypochlorite de sodium (0,25 O/o par rapport à l'acide maléique). Les solutions colorées peuvent également être décolorées par insufflation d'air à chaud, en présence ou en l'absence de chlorate, hypochlorate ou autres agents oxydants.
Si l'acide fumarique final est coloré, il peut être dissous, décoloré et reprécipité de manière connue.
Diverses variantes conduisent à des résultats comparables. En particulier, le brome de la substance contenant du brome peut être présent, calculé comme bromure d'ammonium, en proportion de 0,001 à 10,0 /0, avantageusement de 0,01 à 5,0 o/o et de préférence de 0,1 à 3,0 o/o par rapport au poids de l'acide maléique. Avec de faibles concentrations de brome, des températures relativement élevées sont recommandables. Des proportions plus importantes de la matière contenant du brome peuvent être utilisées, mais ne sont pas recommandables, tant au point de vue économique que pour éviter une coloration du produit final.
L'agent oxydant, ayant une force oxydante d'au moins 1,23 volt, est de préférence une matière du type peroxydique, tel que l'eau oxygénée, un persulfate ou une matière équivalente. Lorsqu'on peut sacrifier une partie des avantages de ces matières oxydantes, on peut utiliser d'autres matières telles qu'un chlorate. Par rapport au poids d'acide maléique, la proportion d'agent oxydant est de 0,003 à 10,0 0/o (c'est-à-dire sur une base moléculaire de l'oxydant calculé comme persulfate d'ammonium), avantageusement de 0,1 à 5,0 o/o et de préférence de 0,5 à 2,5 0/o.
Les proportions de la matière donneuse de brome et de l'agent oxydant sont choisies dans les limites ci-dessus de manière à catalyser la réaction désirée.
Comme orientation sur la force relative des agents oxydants, on peut se référer au Handbook of Chemistry par N.A. Lange, 9e édition, Handbook Publishers, Inc., Sandusky, Ohio (1956), pages 1212 à 1218, spécialement pages 1217 et 1218, dans lesquelles on indique une force (volts) de 2,05 pour le persulfate et de 1,77 pour l'eau oxygénée.
Pour le chlorate, on indique une force de 1,23.
La température de réaction est comprise de préférence entre 500 C et le point d'ébullition de la solution à la pression atmosphérique, ou à une température supérieure si l'on opère en surpression. En général, la limite supérieure pratique est de 110O C et l'intervalle de 70 à 1000 C est préféré. La durée de la réaction est comprise entre 1 min et 1/2 heure, même aux basses températures. Bien qu'une concentration de l'acide maléique d'environ 40 O/o soit préférable, des concentrations comprises entre 10 et 70 O/o environ conviennent également.